蒙東地區(qū)變壓器直流偏磁現(xiàn)象檢測(cè)與抑制方法

葉立剛++喻明華++賀建軍

摘 要：直流偏磁是影響變壓器正常工作運(yùn)行的一種典型現(xiàn)象。在分析變壓器直流偏磁產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，認(rèn)為直流輸電系統(tǒng)入地電流是產(chǎn)生直流偏磁的主要影響因子。采用開發(fā)的直流偏磁帶電測(cè)試儀和直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)蒙東地區(qū)的變壓器中性點(diǎn)直流分量進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，蒙東地區(qū)變壓器中性點(diǎn)直流分量已影響變壓器的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變壓器 直流偏磁 中性點(diǎn)電流 帶電檢測(cè) 在線監(jiān)測(cè) 蒙東地區(qū) 影響

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（a）-0063-04

為進(jìn)一步提高“西電東送”的輸電能力，促進(jìn)“南北互聯(lián)、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”，我國(guó)規(guī)劃建設(shè)了一系列高壓直流輸電工程，其中包括多條±800 kV的特高壓直流輸電工程[1-2]。但隨著直流輸電工程覆蓋面積的增大，其對(duì)現(xiàn)有交流輸電系統(tǒng)的不利影響也漸漸顯著起來。其中，交流輸電系統(tǒng)中的變壓器受直流輸電影響產(chǎn)生的直流偏磁現(xiàn)象已愈發(fā)普遍，造成的危害亦愈發(fā)明顯。現(xiàn)亟需研究變壓器直流偏磁的產(chǎn)生機(jī)理并采取抑制其危害的措施與方法。

隨著呼倫貝爾——遼寧±500 kV直流工程的建設(shè)與投運(yùn)，蒙東地區(qū)的變壓器已經(jīng)受到直流線路入地直流電流的影響，變壓器的故障率也在升高。本文以蒙東地區(qū)電網(wǎng)為研究對(duì)象，針對(duì)直流輸電單極大地方式運(yùn)行和雙極金屬回線方式運(yùn)行的兩種情況，使用變壓器直流偏磁檢測(cè)儀分別對(duì)蒙東地區(qū)的500 kV和220 kV變壓器中性線上的直流電流和變壓器本體振動(dòng)進(jìn)行了檢測(cè)，得到了蒙東地區(qū)變壓器直流偏磁現(xiàn)象的相關(guān)規(guī)律和特點(diǎn)。

1 變壓器直流偏磁的產(chǎn)生及危害

1.1 變壓器的直流偏磁現(xiàn)象及危害

變壓器的直流偏磁是指在變壓器勵(lì)磁電流中出現(xiàn)了直流分量，產(chǎn)生直流磁通，導(dǎo)致變壓器鐵心磁化曲線不對(duì)稱（半周磁飽和），以及由此引起的一系列電磁效應(yīng)。變壓器直流偏磁時(shí)，對(duì)變壓器本身將使其鐵芯磁通深度飽和、勵(lì)磁電流高度畸變、諧波大量產(chǎn)生、噪聲明顯增大、金屬構(gòu)件損耗增大、無功損耗增加，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引發(fā)局部過熱破壞絕緣，導(dǎo)致變壓器損壞[4-5]。對(duì)于電網(wǎng)將引起系統(tǒng)電壓下降、繼電保護(hù)誤動(dòng)作、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警等。

1.2 直流輸電系統(tǒng)單極運(yùn)行產(chǎn)生直流偏磁

利用大地作為回流電路是直流輸電的重要特點(diǎn)之一，且單極大地回路已成為直流輸電系統(tǒng)的一種不可避免的運(yùn)行方式[3]。當(dāng)直流輸電系統(tǒng)采用單極大地運(yùn)行時(shí)，直流輸電系統(tǒng)中的直流電流流過接地極并流入大地，會(huì)在流經(jīng)的路徑上產(chǎn)生直流電位差。此電位差驅(qū)動(dòng)直流電流通過由一個(gè)變壓器中性點(diǎn)、交流輸電線路及另一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)構(gòu)成的回路，使直流電流與交流電流相互疊加共同磁化鐵心，進(jìn)而使勵(lì)磁電流發(fā)生畸變，正負(fù)半周的磁通明顯不對(duì)稱，工作點(diǎn)發(fā)生偏移，加劇鐵心飽和。于是，變壓器的直流偏磁產(chǎn)生。

1.3 地磁暴引發(fā)直流偏磁

當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)與太陽風(fēng)相互影響時(shí)，將產(chǎn)生地磁暴，并在地球表面產(chǎn)生電位梯度，引起電磁感應(yīng)電流[6-7]。此電流頻率極低，可近似看作直流。與直流單極運(yùn)行類似，變壓器的直流偏磁產(chǎn)生。

然而，地磁場(chǎng)的劇烈變化情況較少，且地磁變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電流與變壓器和地磁暴的相對(duì)地理位置、地磁暴的強(qiáng)度等有關(guān)，產(chǎn)生的時(shí)間也短。因此，變壓器的直流偏磁問題主要由直流輸電系統(tǒng)采用單級(jí)運(yùn)行時(shí)的大電流入地產(chǎn)生。

1.4 直流偏磁引發(fā)變壓器振動(dòng)與噪聲

變壓器所產(chǎn)生的振動(dòng)與噪聲主要是由于變壓器在非正常工作條件下，勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)使磁致伸縮，造成鐵心硅鋼片反復(fù)震動(dòng)。直流偏磁會(huì)使勵(lì)磁電流畸變，磁致伸縮效應(yīng)明顯，鐵心硅鋼片震動(dòng)幅度增大，變壓器噪聲增加。而長(zhǎng)期不正常運(yùn)行又會(huì)加快硅鋼片的老化和損壞，形成惡性循環(huán)。

1.5 變壓器直流偏磁的判斷

電力系統(tǒng)針對(duì)于變壓器（電抗器）本體狀態(tài)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[8]中指出，變壓器中性點(diǎn)直流電流須小于3 A。當(dāng)檢測(cè)到的中性點(diǎn)直流電流超過3 A，則可認(rèn)為該變壓器受到了直流偏磁影響。

2 變壓器直流偏磁的檢測(cè)

直流偏磁的檢測(cè)可采用帶電檢測(cè)或在線監(jiān)測(cè)中性點(diǎn)直流電流的方法，以判斷其內(nèi)部絕緣的劣化，起到故障早期預(yù)報(bào)的作用。具體采用電測(cè)法，即在不改變?cè)O(shè)備接線的情況下，將信號(hào)取樣點(diǎn)選擇在變壓器中性點(diǎn)接地引出線處，直接測(cè)量，顯示變壓器運(yùn)行狀態(tài)下的直流電流值。

2.1 直流偏磁的帶電檢測(cè)

筆者開發(fā)出直流偏磁帶電測(cè)試儀對(duì)運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)直流電流值進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)試儀由主機(jī)、測(cè)量用卡鉗、測(cè)試及通訊線及電源適配器組成；測(cè)量范圍為1～30 A、精度1級(jí)；可采用鋰電池備用電源或220 VAC/50 Hz進(jìn)行供電。研究所用直流偏磁帶電測(cè)試儀的硬、軟件系統(tǒng)界面如圖1所示。

儀器配置包括儀器主機(jī)一臺(tái)；電壓信號(hào)測(cè)試線一套（引出線長(zhǎng)4 m）；電流信號(hào)測(cè)試線一套（引出線長(zhǎng)4 m）；電源適配器一套；通訊線一根；銼刀及絕緣手套等工具一套。

測(cè)試前，先將兩只鱷魚夾短接，進(jìn)行初始化采集板及傳感器校零操作。測(cè)量時(shí)，儀器所帶兩根電壓信號(hào)測(cè)試線終端鱷魚夾按表1尺寸分別夾緊中性點(diǎn)接地引出線，測(cè)試線另一端連接到儀器面板電壓信號(hào)+和電壓信號(hào)-航插。測(cè)量中需要注意的是，為了消除接觸電阻，在測(cè)量時(shí)應(yīng)處理好被測(cè)點(diǎn)接觸面。

該儀器每秒鐘采集兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)，可連續(xù)完成30 min采集操作。采用移動(dòng)筆記本電腦安裝研制開發(fā)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)軟件，如圖1（b）所示。軟件收集測(cè)試得到的模擬信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最終通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并以Excel表或圖形方式顯示。

2.2 直流偏磁的在線監(jiān)測(cè)

筆者開發(fā)出一套直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于變壓器運(yùn)行中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中性點(diǎn)的直流分量。系統(tǒng)采用霍爾傳感器，包括采集傳感器、就地屏柜（里面放置各個(gè)IED，交換機(jī)，電源燈）、后臺(tái)裝置。主要采集變壓器的中性點(diǎn)直流分量、振動(dòng)、噪聲及環(huán)境溫濕度等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。endprint

選用的霍爾傳感器在其測(cè)量范圍內(nèi)（DC-30A～DC30A）的輸出直流電流與輸入電流具有較好的線性關(guān)系，且完全不受交流電流的影響。這就保證了監(jiān)測(cè)到的電流為偏磁直流而非零序電流。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變壓器中性點(diǎn)接地引出線安裝方式，信號(hào)取樣有兩種方式，即在接地排上取一段長(zhǎng)度的排作為信號(hào)取樣電阻，取樣電阻上流過直流電流產(chǎn)生的壓降直接連接到信號(hào)采集單元；或采用零磁通電流傳感器完成信號(hào)變換，傳感器輸出電流信號(hào)連接到信號(hào)采集單元。

監(jiān)測(cè)終端中的設(shè)計(jì)考量，為完成小信號(hào)直流電壓或直流電流信號(hào)采集，信號(hào)調(diào)理電路采用差分輸入，A/D轉(zhuǎn)換電路采用了4位半雙積分方式的轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到十萬分之五，其對(duì)工頻干擾有很強(qiáng)的抑制力；為減小溫度對(duì)有源放大電路的影響，電路配置有自動(dòng)校零功能，可完全消除環(huán)境因素對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的干擾；為保證系統(tǒng)可靠工作，采集板在輸入通道配置有過壓及靜電防護(hù)電路，并且信號(hào)采集回路與遠(yuǎn)傳的通訊回路完全隔離，絕緣強(qiáng)度可滿足1500 V；為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳及測(cè)量控制功能采集板提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接口。

現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試如圖3所示。

3 蒙東地區(qū)直流偏磁的檢測(cè)實(shí)例

3.1 蒙東地區(qū)的電網(wǎng)分布概況

2009年6月29日，國(guó)家電網(wǎng)蒙東電力公司正式掛牌成立。蒙東電網(wǎng)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的東部，與東北三省相鄰，分為呼倫貝爾電網(wǎng)、興安電網(wǎng)、通遼電網(wǎng)和赤峰電網(wǎng)，主線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參見圖4。

目前，蒙東電網(wǎng)尚未形成統(tǒng)一的電網(wǎng)。赤峰電網(wǎng)和通遼電網(wǎng)聯(lián)入遼寧和吉林電網(wǎng)，呼倫貝爾電網(wǎng)通過友好——伊敏——伊敏電廠——馮屯線路實(shí)現(xiàn)與東北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；興安盟電網(wǎng)分兩部分，一部分由呼倫貝爾電網(wǎng)供電，另一部分由通遼電網(wǎng)供電。具體為蒙東電網(wǎng)經(jīng)2回伊敏電廠——馮屯變500千伏線路與黑龍江省電網(wǎng)相連，經(jīng)3回220千伏線路（寶龍山——長(zhǎng)嶺，通遼廠——雙遼，通遼——巨豐）與吉林省電網(wǎng)相接，經(jīng)4回500千伏和1回220千伏線路（2回科爾沁——沙嶺，2回青山——燕南，1回寧城——建平）與遼寧電網(wǎng)相連。

目前蒙東電網(wǎng)直流輸電線路有±500千伏呼倫貝爾——遼寧線、至2015年將建成±800千伏巴彥托?！綎|直流輸電工程。

3.2 蒙東地區(qū)檢測(cè)方案和結(jié)果

選擇在蒙東地區(qū)進(jìn)行直流偏磁帶電測(cè)試與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試運(yùn)行，對(duì)赤峰、通遼、呼倫貝爾和興安地區(qū)的500 kV和220 kV變壓器中性點(diǎn)的直流電流、噪聲以及電網(wǎng)諧波進(jìn)行了普測(cè)。因篇幅所限，擇典型者列出。

檢測(cè)變壓器中性點(diǎn)的直流電流（直流單極），以海拉爾地區(qū)所轄變壓器為例，于2010年5月24日至27日對(duì)寶日希勒、海東、友好等線路變壓器進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得的直流分量如表2所示，分布如圖5所示。

檢測(cè)變壓器的振動(dòng)與噪聲（直流雙極），以通遼地區(qū)所轄變壓器為例，分布如圖6所示。

從檢測(cè)效果上看，所用儀器設(shè)備能檢測(cè)出明顯的中性點(diǎn)直流分量。從檢測(cè)數(shù)值上看，所檢測(cè)得到的中性點(diǎn)直流分量跟蒙東地區(qū)直流線路接地極入地電流的大小相關(guān)。直流雙極運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)在0.2 A以下，對(duì)變壓器的影響不大。直流單極運(yùn)行時(shí)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)一般不超過10 A，變壓器已相應(yīng)出現(xiàn)勵(lì)磁電流和工作電流的波形出現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象，從而造成變壓器出現(xiàn)了較嚴(yán)重的噪聲和振動(dòng)，同時(shí)，由于金屬構(gòu)件中的渦流密度增大，變壓器還出現(xiàn)了局部過熱，繞組溫度過高的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

（1）隨著直流輸電系統(tǒng)的輻射范圍增加，變壓器直流偏磁的危害呈加劇的趨勢(shì)，應(yīng)引起足夠的重視。

（2）采用開發(fā)的直流偏磁帶電測(cè)試儀及直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可完成變壓器的直流偏磁檢測(cè)工作。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與觀測(cè)現(xiàn)象支持了變壓器直流偏磁機(jī)理的研究成果。

（3）在直流偏磁狀態(tài)下，蒙東地區(qū)變壓器的勵(lì)磁電流波形發(fā)生改變，出現(xiàn)了變壓器的損耗增加、金屬結(jié)構(gòu)件局部過熱，振動(dòng)引起的噪聲增大等現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

Liu Zhenya，Smart Grid Technology[M].Beijing：China Electric Power Press，2010.

[2] 劉振亞.特高壓電網(wǎng)[M].北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2006.

Liu Zhenya.Ultra-high voltage grid[M].Beijing：China Economy Press，2006.

[3] 梅桂華，梁文進(jìn)，劉艷村，等.變壓器直流偏磁電流阻容抑制裝置的開發(fā)應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2009，35（10）：2581-2585.

Mei Guihua，Liang Wenjin，Liu Yancun，Sun Yuanzhang，etc. Development of the DC current blocking device in capacitor-resistor for Transformer[J].High Voltage Engineering，2009，35（10）： 2581-2585.

[4] P.Picher，L.Bolduc，V.O.Pham. Study of the acceptable DC current limit in core-from power transformers[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1997，12（1）：257-263.

[5] 蔣偉，黃震，胡燦，朱康，等.變壓器接小電阻抑制直流偏磁的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化配置[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29（16）：89-94

Jiang Wei，Huang Zhen，Hu Can，Zhu Kang，etc.Optimized network configuration of small resistances to limit DC bias current of transformers[J]. Proceedings of the CSEE，2009， 29（16）：89-94

[6] A.P.Sakis，Meliopoulos，Elias N.Glytsis.Comparison of SS-GIC and MHD-EMP-GIC effects on power systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery， 1994，9（1）：194-207.

[7] Ramsis S.Girgis，Chung-Duck Ko.Calculation techniques and results of effects of GIC currents as applied to two large power transformers[J].IEEE Trans.on Power Delivery，1992，7（2）：699-705.

[8] 浙江省電力公司.油浸試變壓器（電抗器）狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則[S].Q/GDW-11-106-2010，2010.

ZheJiang Electric Power Company.State evaluation guidelines on oil-immersed transformer （or reactor）[S].Q/GDW-11-106-2010，2010.endprint

選用的霍爾傳感器在其測(cè)量范圍內(nèi)（DC-30A～DC30A）的輸出直流電流與輸入電流具有較好的線性關(guān)系，且完全不受交流電流的影響。這就保證了監(jiān)測(cè)到的電流為偏磁直流而非零序電流。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變壓器中性點(diǎn)接地引出線安裝方式，信號(hào)取樣有兩種方式，即在接地排上取一段長(zhǎng)度的排作為信號(hào)取樣電阻，取樣電阻上流過直流電流產(chǎn)生的壓降直接連接到信號(hào)采集單元；或采用零磁通電流傳感器完成信號(hào)變換，傳感器輸出電流信號(hào)連接到信號(hào)采集單元。

監(jiān)測(cè)終端中的設(shè)計(jì)考量，為完成小信號(hào)直流電壓或直流電流信號(hào)采集，信號(hào)調(diào)理電路采用差分輸入，A/D轉(zhuǎn)換電路采用了4位半雙積分方式的轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到十萬分之五，其對(duì)工頻干擾有很強(qiáng)的抑制力；為減小溫度對(duì)有源放大電路的影響，電路配置有自動(dòng)校零功能，可完全消除環(huán)境因素對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的干擾；為保證系統(tǒng)可靠工作，采集板在輸入通道配置有過壓及靜電防護(hù)電路，并且信號(hào)采集回路與遠(yuǎn)傳的通訊回路完全隔離，絕緣強(qiáng)度可滿足1500 V；為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳及測(cè)量控制功能采集板提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接口。

現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試如圖3所示。

3 蒙東地區(qū)直流偏磁的檢測(cè)實(shí)例

3.1 蒙東地區(qū)的電網(wǎng)分布概況

2009年6月29日，國(guó)家電網(wǎng)蒙東電力公司正式掛牌成立。蒙東電網(wǎng)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的東部，與東北三省相鄰，分為呼倫貝爾電網(wǎng)、興安電網(wǎng)、通遼電網(wǎng)和赤峰電網(wǎng)，主線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參見圖4。

目前，蒙東電網(wǎng)尚未形成統(tǒng)一的電網(wǎng)。赤峰電網(wǎng)和通遼電網(wǎng)聯(lián)入遼寧和吉林電網(wǎng)，呼倫貝爾電網(wǎng)通過友好——伊敏——伊敏電廠——馮屯線路實(shí)現(xiàn)與東北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；興安盟電網(wǎng)分兩部分，一部分由呼倫貝爾電網(wǎng)供電，另一部分由通遼電網(wǎng)供電。具體為蒙東電網(wǎng)經(jīng)2回伊敏電廠——馮屯變500千伏線路與黑龍江省電網(wǎng)相連，經(jīng)3回220千伏線路（寶龍山——長(zhǎng)嶺，通遼廠——雙遼，通遼——巨豐）與吉林省電網(wǎng)相接，經(jīng)4回500千伏和1回220千伏線路（2回科爾沁——沙嶺，2回青山——燕南，1回寧城——建平）與遼寧電網(wǎng)相連。

目前蒙東電網(wǎng)直流輸電線路有±500千伏呼倫貝爾——遼寧線、至2015年將建成±800千伏巴彥托海——山東直流輸電工程。

3.2 蒙東地區(qū)檢測(cè)方案和結(jié)果

選擇在蒙東地區(qū)進(jìn)行直流偏磁帶電測(cè)試與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試運(yùn)行，對(duì)赤峰、通遼、呼倫貝爾和興安地區(qū)的500 kV和220 kV變壓器中性點(diǎn)的直流電流、噪聲以及電網(wǎng)諧波進(jìn)行了普測(cè)。因篇幅所限，擇典型者列出。

檢測(cè)變壓器中性點(diǎn)的直流電流（直流單極），以海拉爾地區(qū)所轄變壓器為例，于2010年5月24日至27日對(duì)寶日希勒、海東、友好等線路變壓器進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得的直流分量如表2所示，分布如圖5所示。

檢測(cè)變壓器的振動(dòng)與噪聲（直流雙極），以通遼地區(qū)所轄變壓器為例，分布如圖6所示。

從檢測(cè)效果上看，所用儀器設(shè)備能檢測(cè)出明顯的中性點(diǎn)直流分量。從檢測(cè)數(shù)值上看，所檢測(cè)得到的中性點(diǎn)直流分量跟蒙東地區(qū)直流線路接地極入地電流的大小相關(guān)。直流雙極運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)在0.2 A以下，對(duì)變壓器的影響不大。直流單極運(yùn)行時(shí)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)一般不超過10 A，變壓器已相應(yīng)出現(xiàn)勵(lì)磁電流和工作電流的波形出現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象，從而造成變壓器出現(xiàn)了較嚴(yán)重的噪聲和振動(dòng)，同時(shí)，由于金屬構(gòu)件中的渦流密度增大，變壓器還出現(xiàn)了局部過熱，繞組溫度過高的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

（1）隨著直流輸電系統(tǒng)的輻射范圍增加，變壓器直流偏磁的危害呈加劇的趨勢(shì)，應(yīng)引起足夠的重視。

（2）采用開發(fā)的直流偏磁帶電測(cè)試儀及直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可完成變壓器的直流偏磁檢測(cè)工作。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與觀測(cè)現(xiàn)象支持了變壓器直流偏磁機(jī)理的研究成果。

（3）在直流偏磁狀態(tài)下，蒙東地區(qū)變壓器的勵(lì)磁電流波形發(fā)生改變，出現(xiàn)了變壓器的損耗增加、金屬結(jié)構(gòu)件局部過熱，振動(dòng)引起的噪聲增大等現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

Liu Zhenya，Smart Grid Technology[M].Beijing：China Electric Power Press，2010.

[2] 劉振亞.特高壓電網(wǎng)[M].北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2006.

Liu Zhenya.Ultra-high voltage grid[M].Beijing：China Economy Press，2006.

[3] 梅桂華，梁文進(jìn)，劉艷村，等.變壓器直流偏磁電流阻容抑制裝置的開發(fā)應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2009，35（10）：2581-2585.

Mei Guihua，Liang Wenjin，Liu Yancun，Sun Yuanzhang，etc. Development of the DC current blocking device in capacitor-resistor for Transformer[J].High Voltage Engineering，2009，35（10）： 2581-2585.

[4] P.Picher，L.Bolduc，V.O.Pham. Study of the acceptable DC current limit in core-from power transformers[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1997，12（1）：257-263.

[5] 蔣偉，黃震，胡燦，朱康，等.變壓器接小電阻抑制直流偏磁的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化配置[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29（16）：89-94

Jiang Wei，Huang Zhen，Hu Can，Zhu Kang，etc.Optimized network configuration of small resistances to limit DC bias current of transformers[J]. Proceedings of the CSEE，2009， 29（16）：89-94

[6] A.P.Sakis，Meliopoulos，Elias N.Glytsis.Comparison of SS-GIC and MHD-EMP-GIC effects on power systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery， 1994，9（1）：194-207.

[7] Ramsis S.Girgis，Chung-Duck Ko.Calculation techniques and results of effects of GIC currents as applied to two large power transformers[J].IEEE Trans.on Power Delivery，1992，7（2）：699-705.

[8] 浙江省電力公司.油浸試變壓器（電抗器）狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則[S].Q/GDW-11-106-2010，2010.

ZheJiang Electric Power Company.State evaluation guidelines on oil-immersed transformer （or reactor）[S].Q/GDW-11-106-2010，2010.endprint

選用的霍爾傳感器在其測(cè)量范圍內(nèi)（DC-30A～DC30A）的輸出直流電流與輸入電流具有較好的線性關(guān)系，且完全不受交流電流的影響。這就保證了監(jiān)測(cè)到的電流為偏磁直流而非零序電流。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變壓器中性點(diǎn)接地引出線安裝方式，信號(hào)取樣有兩種方式，即在接地排上取一段長(zhǎng)度的排作為信號(hào)取樣電阻，取樣電阻上流過直流電流產(chǎn)生的壓降直接連接到信號(hào)采集單元；或采用零磁通電流傳感器完成信號(hào)變換，傳感器輸出電流信號(hào)連接到信號(hào)采集單元。

監(jiān)測(cè)終端中的設(shè)計(jì)考量，為完成小信號(hào)直流電壓或直流電流信號(hào)采集，信號(hào)調(diào)理電路采用差分輸入，A/D轉(zhuǎn)換電路采用了4位半雙積分方式的轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到十萬分之五，其對(duì)工頻干擾有很強(qiáng)的抑制力；為減小溫度對(duì)有源放大電路的影響，電路配置有自動(dòng)校零功能，可完全消除環(huán)境因素對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的干擾；為保證系統(tǒng)可靠工作，采集板在輸入通道配置有過壓及靜電防護(hù)電路，并且信號(hào)采集回路與遠(yuǎn)傳的通訊回路完全隔離，絕緣強(qiáng)度可滿足1500 V；為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳及測(cè)量控制功能采集板提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接口。

現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試如圖3所示。

3 蒙東地區(qū)直流偏磁的檢測(cè)實(shí)例

3.1 蒙東地區(qū)的電網(wǎng)分布概況

2009年6月29日，國(guó)家電網(wǎng)蒙東電力公司正式掛牌成立。蒙東電網(wǎng)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的東部，與東北三省相鄰，分為呼倫貝爾電網(wǎng)、興安電網(wǎng)、通遼電網(wǎng)和赤峰電網(wǎng)，主線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參見圖4。

目前，蒙東電網(wǎng)尚未形成統(tǒng)一的電網(wǎng)。赤峰電網(wǎng)和通遼電網(wǎng)聯(lián)入遼寧和吉林電網(wǎng)，呼倫貝爾電網(wǎng)通過友好——伊敏——伊敏電廠——馮屯線路實(shí)現(xiàn)與東北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；興安盟電網(wǎng)分兩部分，一部分由呼倫貝爾電網(wǎng)供電，另一部分由通遼電網(wǎng)供電。具體為蒙東電網(wǎng)經(jīng)2回伊敏電廠——馮屯變500千伏線路與黑龍江省電網(wǎng)相連，經(jīng)3回220千伏線路（寶龍山——長(zhǎng)嶺，通遼廠——雙遼，通遼——巨豐）與吉林省電網(wǎng)相接，經(jīng)4回500千伏和1回220千伏線路（2回科爾沁——沙嶺，2回青山——燕南，1回寧城——建平）與遼寧電網(wǎng)相連。

目前蒙東電網(wǎng)直流輸電線路有±500千伏呼倫貝爾——遼寧線、至2015年將建成±800千伏巴彥托?！綎|直流輸電工程。

3.2 蒙東地區(qū)檢測(cè)方案和結(jié)果

選擇在蒙東地區(qū)進(jìn)行直流偏磁帶電測(cè)試與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試運(yùn)行，對(duì)赤峰、通遼、呼倫貝爾和興安地區(qū)的500 kV和220 kV變壓器中性點(diǎn)的直流電流、噪聲以及電網(wǎng)諧波進(jìn)行了普測(cè)。因篇幅所限，擇典型者列出。

檢測(cè)變壓器中性點(diǎn)的直流電流（直流單極），以海拉爾地區(qū)所轄變壓器為例，于2010年5月24日至27日對(duì)寶日希勒、海東、友好等線路變壓器進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得的直流分量如表2所示，分布如圖5所示。

檢測(cè)變壓器的振動(dòng)與噪聲（直流雙極），以通遼地區(qū)所轄變壓器為例，分布如圖6所示。

從檢測(cè)效果上看，所用儀器設(shè)備能檢測(cè)出明顯的中性點(diǎn)直流分量。從檢測(cè)數(shù)值上看，所檢測(cè)得到的中性點(diǎn)直流分量跟蒙東地區(qū)直流線路接地極入地電流的大小相關(guān)。直流雙極運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)在0.2 A以下，對(duì)變壓器的影響不大。直流單極運(yùn)行時(shí)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)一般不超過10 A，變壓器已相應(yīng)出現(xiàn)勵(lì)磁電流和工作電流的波形出現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象，從而造成變壓器出現(xiàn)了較嚴(yán)重的噪聲和振動(dòng)，同時(shí)，由于金屬構(gòu)件中的渦流密度增大，變壓器還出現(xiàn)了局部過熱，繞組溫度過高的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

（1）隨著直流輸電系統(tǒng)的輻射范圍增加，變壓器直流偏磁的危害呈加劇的趨勢(shì)，應(yīng)引起足夠的重視。

（2）采用開發(fā)的直流偏磁帶電測(cè)試儀及直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可完成變壓器的直流偏磁檢測(cè)工作。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與觀測(cè)現(xiàn)象支持了變壓器直流偏磁機(jī)理的研究成果。

（3）在直流偏磁狀態(tài)下，蒙東地區(qū)變壓器的勵(lì)磁電流波形發(fā)生改變，出現(xiàn)了變壓器的損耗增加、金屬結(jié)構(gòu)件局部過熱，振動(dòng)引起的噪聲增大等現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

Liu Zhenya，Smart Grid Technology[M].Beijing：China Electric Power Press，2010.

[2] 劉振亞.特高壓電網(wǎng)[M].北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2006.

Liu Zhenya.Ultra-high voltage grid[M].Beijing：China Economy Press，2006.

[3] 梅桂華，梁文進(jìn)，劉艷村，等.變壓器直流偏磁電流阻容抑制裝置的開發(fā)應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2009，35（10）：2581-2585.

Mei Guihua，Liang Wenjin，Liu Yancun，Sun Yuanzhang，etc. Development of the DC current blocking device in capacitor-resistor for Transformer[J].High Voltage Engineering，2009，35（10）： 2581-2585.

[4] P.Picher，L.Bolduc，V.O.Pham. Study of the acceptable DC current limit in core-from power transformers[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1997，12（1）：257-263.

[5] 蔣偉，黃震，胡燦，朱康，等.變壓器接小電阻抑制直流偏磁的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化配置[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29（16）：89-94

Jiang Wei，Huang Zhen，Hu Can，Zhu Kang，etc.Optimized network configuration of small resistances to limit DC bias current of transformers[J]. Proceedings of the CSEE，2009， 29（16）：89-94

[6] A.P.Sakis，Meliopoulos，Elias N.Glytsis.Comparison of SS-GIC and MHD-EMP-GIC effects on power systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery， 1994，9（1）：194-207.

[7] Ramsis S.Girgis，Chung-Duck Ko.Calculation techniques and results of effects of GIC currents as applied to two large power transformers[J].IEEE Trans.on Power Delivery，1992，7（2）：699-705.

[8] 浙江省電力公司.油浸試變壓器（電抗器）狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則[S].Q/GDW-11-106-2010，2010.

ZheJiang Electric Power Company.State evaluation guidelines on oil-immersed transformer （or reactor）[S].Q/GDW-11-106-2010，2010.endprint